QDI基近红外光热纳米药物的制备及肿瘤诊疗的研究

近红外光激发的光热治疗可以有效弥补传统癌症治疗手段的不足，但是目前常用的近红外有机光热分子（如花菁类等）的光稳定性差，其光降解会影响纳米结构的稳定性和光热转化效率。因此，开发一种兼具高稳定纳米结构和高光热转化效率的新型近红外有机光热试剂，将有效提高肿瘤的治疗效率及医学安全性。

近日，北京化工大学的尹梅贞教授（点击查看介绍）课题组报道了水溶性近红外莱啉系光热分子Quaterrylenediimide（QDI），其具有较高的光热转化效率（64.7 ± 4%）以及近红外吸收的特性（808 nm）。他们重点研究了其光诊疗（光声成像和光热治疗）性能，并进一步评价了其癌症治疗应用以及生物安全性。该课题组前期曾报道以莱啉系Terrylenediimide（TDI）、Perylenediimide（PDI）为核的光热试剂，分别发表于ACS Nano (ACS Nano, 2017, 11, 3797)及Sci. Bull. (Sci. Bull., 2018, 63, 101) 等杂志。该工作发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

通过拓展Perylenemonoimide（PMI）分子的π-共轭度制备的QDI具有近红外吸收（600 nm-1000 nm），他们运用大分子修饰策略，在“核”周围引入拓扑结构水溶性“外壳”PEG，提高生物相容性及延长体内循环时间。在亲疏水及π-π作用力驱动下，QDI大分子可以在水溶液中自组装成超小纳米胶束（10.8 ± 1.4 nm），有利于肿瘤组织深层渗透及体内有效代谢。激光照射后可实现高效的光热升温性能，在生物实验中表现出优异的光声信号、高效的光热治疗效果及可靠的生物安全性。

图1. 光诊疗试剂QDI-NPs的设计思路

在近红外808 nm激光的辐射下，QDI具有比大多数有机光热试剂高的光热转化效率64.7±4%。随后他们在细胞及活体水平验证了QDI作为一种新型近红外光热分子对癌症的光声成像和光热治疗效果。QDI-NPs被动靶向到小鼠肿瘤组织过程中，通过光声成像监测药物在肿瘤组织的代谢动力学问题，并成功实现了肿瘤位置、形状、尺寸等信息的可视化。在最佳药物富集时间实施激光治疗后，小鼠在观察期内完全治愈并且恢复健康（图2）。

图2. 光诊疗试剂QDI-NPs的性能表征及生物应用。（A）不同浓度的QDI-NPs在PBS中的光照升温曲线；（B）QDI-NPs与细胞共培养的光照毒性；（C）光热治疗后各组分的小鼠肿瘤照片；（D）尾静脉注射QDI-NPs后，不同时间小鼠肿瘤组织光声信号强度的图片（左）及36 h肿瘤组织3D光声信号的图片（右）

总结：

作者制备的QDI光热纳米药物具有以下三个特点：

1、超小、可控且稳定的纳米结构和高生物相容性，有利于肿瘤组织深层渗透和从体内有效代谢；

2、近红外吸收及高光热转化效率，能穿透更深层组织及降低药物剂量和激光辐射对生物体带来的二次损害；

3、优异的光稳定性及较强的光声信号，可实现肿瘤的光诊疗一体化研究。

该研究工作不仅为开发新型的有机光热试剂提供了思路，还丰富了现有光热试剂的种类，为科学研究和临床使用提供了更多的选择和借鉴。

这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上，文章的第一作者是北京化工大学的博士研究生刘畅，通讯作者为北京化工大学的尹梅贞教授。

该论文作者为：Chang Liu, Shaobo Zhang, Jianhao Li, Jie Wei, Klaus Müllen and Meizhen Yin

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

A Water-soluble, NIR-absorbing Quaterrylenediimide Chromophore for Photoacoustic Imaging and Efficient Photothermal Cancer Therapy

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 1638, DOI: 10.1002/anie.201810541

尹梅贞教授简介

尹梅贞，教授，博士生导师；德国德累斯顿理工大学博士（2001-2004），德国高分子马普所博士后（2005-2008），现为北京化工大学教授；荣获第十三届中国青年女科学家奖、北京市三八红旗奖章、第九届侯德榜化工科技创新奖、入选中组部第三批国家万人计划（领军人才）、科技部中青年科技创新领军人才、教育部新世纪优秀人才等支持计划；主要从事荧光纳米材料的精准构建与应用的研究，包括特异性荧光分子标记、生物分子高效运载、有害气体以及金属的特异性检测、超敏感刺激响应性等应用研究；以第一或通讯作者在Chem. Soc. Rev.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表了90余篇SCI论文；研究工作被Nature Materials、The Latest Science、NewsRx、C&EN、Chemistry World 等期刊亮点报道；以第一发明人授权1项国际专利和21项中国专利。

https://www.x-mol.com/university/faculty/17279